Критерии эффективности (стр. 2 )

Например, для оценки систем и устройств ЛА может служить полетная масса. Этот показатель, являясь разновидностью не только экономического, но и тактического критерия, обладает достаточной общностью и в то же время органично связывает технические и экономические показатели всего ЛА. От полетной массы в большей степени зависят основные летно-тактические характеристики, среди которых дальность и предельная высота полета, скороподъемность, маневренность и т. п.

В силу этого при разработке ЛА проектировщики стремятся в первую очередь к уменьшению его полетной массы (в ряде случаев даже за счет увеличения стоимость конструкции и оборудования).

Под полетной массой системы (устройства) понимается сумма ее установленной массы, дополнительной массы планера и силовой установки, обусловленной массой системы, дополнительной массы первичного источника энергии (авиационного двигателя и приводного устройства) и топлива, необходимых для компенсации потерь при функционировании, массы системы охлаждения и хладоагента, используемых для рассеяния тепловых потерь, а также массы топлива, необходимого для транспортировки этих масс.

Для устройств на космических аппаратах – стоимость поднятия 1 грамма вещества.

Для ряда устройств и систем ЛА в качестве косвенных экономических критериев могут использоваться масса, габариты, потребляемая мощность в заданных габаритах, КПД. Например, для датчиков момента, применяемых в навигационной аппаратуре, в качестве критерия оптимальности может быть выбрана потребляемая мощность, а для системы электроснабжения космических ЛА – масса с обеспечением работы системы при максимуме КПД.

Необходимо отметить, что требование по повышению надежности работы систем в реализации приводит к увеличению объема, массы и стоимости аппаратуры, ухудшает ее энергетические показатели. Эта закономерность прежде всего характерна для способов повышения надежности за счет резервирования функциональных компонентов системы. Применение параметрических способов повышения надежности также неизбежно связываются с неполным использованием потенциальных возможностей элементов систем, что в конечном итоге приводит к ухудшению перечисленных выше показателей.

Необходимо искать компромисс между надежностью и затратами.

Производственные (технологические) критерии

Производственные критерии оценивают технологичность изделия, его простоту и принципиальную возможность изготовления машины [2].

Производственные критерии имеют связь с экономическими критериями, поскольку включают в себя показатели экономии живого труда при изготовлении изделия и подготовки его к эксплуатации.

Оценка производственных критериев производится исходя из имеющихся в распоряжении средств производства (заводы, цеха, станки и т. д).

Производственные критерии включают в себя частные критерии:

- трудоемкости изготовления;

- стандартизации и унификации;

- использования материалов;

- критерий расчленения машины на элементы.

Критерий стандартизации и унификации

С позиций производственных критериев при разработке новых систем следует применять известные, традиционные структуры, используя конструктивные решения, уже отработанные на известных образцах. Такой подход требует минимума затрат времени и средств [2].

Однако при излишнем увлечении преемственностью, заимствованием, унификацией, попыткой воспользоваться тем, что уже создано и опробовано, невозможно обеспечить требуемого роста уровня показателей систем, невозможно лидировать на мировом рынке. Спроектированные таким образом машины быстро морально стареют и через короткое время нуждаются в дополнительной модернизации [2].

Обычно в новые современные машины из ранее разработанных прототипов переносится в среднем до 50% конструктивных решений без переделок или с частичными изменениями. При этом преемственность достигается в основном за счет второстепенных структурных элементов, переносимых из одного поколения машин в другое. Основные подсистемы при этом, как правило, создаются заново [2].

Критерий использования металлов [2].

Характеризует технологический процесс изготовления деталей машины. Численно определяется через коэффициент, равный отношению массы машины G к массе израсходованных материалов Р (при этом покупные комплектующие элементы не учитываются):

Ким = G/P .

На практике значение Ким в целом не превышает 0,55.

Критерий расчленения машины на элементы [2].

Служит мерой оптимальности расчленения машины на узлы и детали с целью упрощения технологии разработки, доводки, изготовления, ремонта, модернизации, унификации и стандартизации.

Чем меньше в машине сборочных единиц и деталей, тем меньше ее масса, выше жесткость и надежность, меньше трудоемкость механической обработки и сборки.

Большее расчленение машины на сборочные единицы и детали с новыми элементами позволяет сократить время и трудоемкость разработки и доводки машины в целом. В процессе разработки и доводки нового изделия экономичнее и проще устранять недостатки отдельных более простых узлов и деталей. Также при этом расширяются возможности унификации и стандартизации.

Производственные критерии могут выступать и в виде ограничений. При этом ограничивается:

- минимальный срок изготовления;

- количество изделий (в зависимости от производственных мощностей);

- выполнимость операций изготовления с точки зрения точности и стоимости;

- возможность приобретения комплектующих (готовых элементов и узлов);

- габариты и массы с точки зрения производства, транспортирования и складирования.

Анализируя рассмотренные критерии можно отметить:

- их очень много; они противоречат друг другу, многие из них невозможно представить аналитически.

Например: разработчик, проектируя систему, имеет несколько путей ее реализации. Как правило, каждый из вариантов выигрывает по одним критериям, но проигрывает по другим. Увеличение мощности в тех же габаритах – может привести к снижению надежности, росту расходов на ремонт. Повышение КПД – может привести к увеличению массы и расхода материалов. Повышение надежности за счет изменения конструкции – может привести к усложнению технологии и росту стоимости изготовления.

Оценку и сравнение ЭМС целесообразно производить, используя интегральные (обобщенные) критерии, в которых учитываются наиболее важные частные критерии. Обобщенный критерий позволяет дать единую численную оценку каждому из сравниваемых альтернативных вариантов.

Обобщенные критерии эффективности

При формировании обобщенного критерия из всего многообразия выявленных частных критериев нужно выбрать такую их группу, которая в наибольшей степени способствовала бы достижению поставленной цели. Частные показатели качества, не вошедшие в состав обобщенного критерия, могут быть при этом учтены в виде ограничений.

При выборе частных показателей качества и критериев эффективности необходимо обеспечивать:

1. Строгое соответствие критерия эффективности целевой функции системы (соответствие между критерием и задачей, выполняемой системой).

2. Возможность учета всего многообразия факторов, определяющих качество работы системы.

3. Соответствие критерия масштабу исследования (направленности и цели проводимых исследований). Макет – не нужны эстетические показатели. Единичный образец – свои критерии, серийный образец – свои и т. д.

4. Простота, наглядность и ясный физический смысл показателей качества и критерия эффективности.

5. Возможность количественной оценки выбранных критериев

6. Непротиворечивость частных показателей общему критерию эффективности.

Если количественно минимизируется оценка по каждому критерию (масса, потери), то показатель надежности оценивается через вероятность отказа.

После выбора критерия эффективности необходимо перейти к процедуре принятия решения, которая может быть представлена следующим образом:

1) Имеется некоторое множество вариантов построения системы, и каждая альтернатива характеризуется своими показателями качества.

2) Имеется совокупность критериев Y = (y1, y2, y3…. yn), отражающих количественно свойств системы, являющихся важными для рассматриваемой области применения. Каждый вариант (для примера, вариант А) характеризуется вектором Y(А)=(y1(A), y2(A), .... yn(A)).

3) Необходимо принять решение о выборе одного варианта. Решение называется простым, если выбор производится по одному критерию, и сложным, если выбранный вариант не является лучшим по какому-то одному критерию, но может оказаться наиболее приемлемым по совокупности критериев.

4) Принятие решения по выбору варианта на множестве критериев формально сводится к отысканию отображения j, которое каждому вектору Y ставит в соответствие действительное число Е = j(y) = j(y1, y2….yn), определяющее степень предпочтительности данного решения. Оператор j называют обобщенным критерием эффективности.

Выбор обобщенного критерия эффективности производится в зависимости от поставленной задачи. В зависимости от области применения анализируемая группа частных критериев будет различна. Многообразие областей применения ЭМС и решаемых ими задач обуславливает невозможность применения универсального обобщенного критерия для любой системы.

В практике определения эффективности сложных систем нашло применение достаточно большое количество обобщенных критериев. Часть из них приведены на рис.131РМ.

1) Наиболее простой метод построения обобщенного критерия заключается в том, что один из частных критериев yk принимается в качестве обобщенного, а все остальные учитываются в виде ограничений, определяющих область допустимых альтернатив:

Е=yk;

yi³yio, i=1,….m (для критериев, у которых числовая оценка увеличивается при их улучшении. Их следует максимизировать);

yi£yio, i=m+1,…..,n, i¹k, (для критериев, у которых числовая оценка уменьшается при их улучшении. Их следует минимизировать);

Здесь yio – предельно допустимые значения по частным критериям.

Варианты, не укладывающиеся в заданные границы, сразу же отбрасываются как неконкурентоспособные.